冷冻电子断层扫描的模拟图像生成方法、设备及存储介质

1.本公开实施例涉及计算机模拟技术领域，更具体地，涉及一种冷冻电子断层扫描的模拟图像生成方法、一种冷冻电子断层扫描的模拟图像生成设备和一种计算机存储介质。


背景技术：

2.冷冻电子断层扫描技术，是一种三维成像技术，可以在接近原生状态下，以亚分子级分辨率对细胞器及其他亚细胞结构进行可视化。然而，由于冷冻电子断层扫描数据存在获取成本高、标记时间长、难以精确标记等问题，严重阻碍了与其相关的计算生物学工具的发展。为此，人们提出冷冻电子断层扫描图像模拟方法，以得到大量与真实数据相似的冷冻电子断层扫描数据。
3.目前，主要采用基于模拟退火法的方法和基于莱纳琼斯势能的方法对冷冻电子断层扫描图像进行模拟。但是这两种模拟方法使用的模型比较简单，和实际情况差异较大，导致得到的冷冻电子断层扫描数据与真实数据差异较大。


技术实现要素：

4.本公开实施例的一个目的是提供一种模拟冷冻电子断层扫描图像的新的技术方案。
5.根据本公开的第一方面，提供了一种冷冻电子断层扫描的模拟图像生成方法，该方法包括：
6.获取n个大分子；其中，所述n为大于1的整数；
7.针对每个大分子，根据所述大分子对应的三维结构模型，得到所述大分子对应的球体；
8.将与n个大分子一一对应的n个球体放置于外力场中，计算外力场中每个球体在多个采样时间的运动属性；其中，所述运动属性包括所述球体的速度、加速度和位移中的至少一项；
9.根据所述每个球体在多个采样时间的运动属性，判断所述n个球体是否处于受力平衡状态；
10.在所述n个球体处于受力平衡状态的情况下，将每个球体替换为所对应的大分子，得到大分子聚集体；
11.根据对应冷冻电子断层扫描的配置信息，对所述大分子聚集体进行多个角度的投影拍摄，并根据拍摄得到的多个二维图像对所述大分子聚集体进行三维重建，得到所述大分子聚集体的三维冷冻电子断层扫描模拟图像。
12.可选地，所述大分子对应的三维结构模型包括所述大分子中包含的所有原子的坐标，以及所述大分子中包含的所有原子的电荷。
13.可选地，所述根据所述大分子对应的三维结构模型，得到所述大分子对应的球体，
包括：
14.统计所述大分子中包含的所有原子的坐标，分别获取所述坐标在三个轴上的最大值和最小值；其中，所述三个轴分别为x轴、y轴和z轴；
15.利用所述坐标在三个轴上的最大值和最小值，计算得到所述三个轴对应的中点值；
16.根据所述三个轴对应的中点值，得到所述大分子对应的球心坐标；
17.利用所述大分子对应的球心坐标与所述大分子中包含的所有原子的坐标，计算得到所述大分子对应的球体半径；
18.根据所述大分子中包含的所有原子的电荷、所述大分子对应的球心坐标和所述大分子对应的球体半径，构建所述大分子对应的球体。
19.可选地，所述计算外力场中每个球体在多个采样时间的运动属性，包括：
20.获取所述外力场中第一球体在第一采样时间的位置；其中，所述位置表示所述第一球体与所述外力场中心之间的距离，所述第一球体为所述外力场中所有球体中的任一球体，所述第一采样时间为所述多个采样时间中的任一采样时间；
21.根据所述第一球体在第一采样时间的位置，计算得到所述第一球体在第一采样时间所受的外力；
22.根据所述第一球体与第二球体的位置，以及所述两种球体的半径，计算得到所述第一球体在第一采样时间的非键合势能；其中，所述第二球体为所述第一球体的邻近球体；
23.利用所述第一球体在第一采样时间所受的外力和非键合势能，计算得到所述第一球体在第一采样时间的加速度；
24.获取所述第一球体的初始速度，利用所述第一球体的初始速度和所述第一球体在第一采样时间的加速度，计算得到所述第一球体在第一采样时间的速度；
25.利用所述第一球体在第一采样时间的速度和加速度，计算得到所述第一球体在第一采样时间的位移。
26.可选地，所述获取所述第一球体的初始速度，包括：
27.记录所述第一球体的第一速度；其中，所述第一速度为将所述第一球体放置于外力场时，所述第一球体的速度；
28.调整所述第一球体的第一速度，获取所述第一球体的初始速度。
29.可选地，所述根据所述每个球体在多个采样时间的运动属性，判断所述n个球体是否处于受力平衡状态，包括：
30.计算所述n个球体在每一采样时间对应的位移之和；
31.当所述位移之和小于设定阈值的情况下，判断所述n个球体处于受力平衡状态。
32.根据本公开的第二方面，还提供了一种冷冻电子断层扫描的模拟图像生成设备，该设备包括：
33.大分子获取模块，用于获取n个大分子；其中，所述n为大于1的整数；
34.球体获取模块，用于针对每个大分子，根据所述大分子对应的三维结构模型，得到所述大分子对应的球体；
35.运动属性计算模块，用于将与n个大分子一一对应的n个球体放置于外力场中，计算外力场中每个球体在多个采样时间的运动属性；其中，所述运动属性包括所述球体的速
度、加速度和位移中的至少一项；
36.平衡状态判断模块，用于根据所述每个球体在多个采样时间的运动属性，判断所述n个球体是否处于受力平衡状态；
37.大分子聚集体获取模块，用于在所述n个球体处于受力平衡状态的情况下，将每个球体替换为所对应的大分子，得到大分子聚集体；
38.图像生成模块，用于根据对应冷冻电子断层扫描的配置信息，对所述大分子聚集体进行多个角度的投影拍摄，并根据拍摄得到的多个二维图像对所述大分子聚集体进行三维重建，得到所述大分子聚集体的三维冷冻电子断层扫描模拟图像。
39.可选地，所述球体获取模块中大分子对应的三维结构模型包括所述大分子中包含的所有原子的坐标，以及所述大分子中包含的所有原子的电荷。
40.根据本公开的第三方面，还提供了一种冷冻电子断层扫描的模拟图像生成设备，包括存储器和处理器，所述存储器用于存储计算机程序；所述处理器用于执行所述计算机程序，以实现根据本公开第一方面所述的方法。
41.根据本公开的第四方面，还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储计算机程序，所述计算机程序在被处理器执行时实现根据本公开的第一方面所述的方法。
42.本公开实施例的一个有益效果在于，在本公开实施例的冷冻电子断层扫描的模拟图像生成方法中，基于分子动力学对大分子进行打包，从而产生真实紧凑且不重叠的大分子聚集体，然后模拟实际的冷冻电子断层扫描过程，对大分子聚集体进行图像拍摄，生成大分子聚集体的三维冷冻电子断层扫描模拟图像。与现有的冷冻电子断层扫描的模拟图像生成方法相比，本公开实施例的方法得到的冷冻电子断层扫描模拟数据与真实数据差异较小。
43.通过以下参照附图对本公开的示例性实施例的详细描述，本公开实施例的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
44.被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本公开的实施例，并且连同其说明一起用于解释本公开实施例的原理。
45.图1是可用于实现本公开实施例的模拟设备的硬件配置框图；
46.图2是根据一些实施例的冷冻电子断层扫描的模拟图像生成方法的流程示意图；
47.图3是根据一些实施例的冷冻电子断层扫描的模拟图像生成方法效果示意图；
48.图4是根据一些实施例的冷冻电子断层扫描的模拟图像生成设备的方框原理图；
49.图5是根据一些实施例的冷冻电子断层扫描的模拟图像生成设备的结构示意图。
具体实施方式
50.现在将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
51.以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明
及其应用或使用的任何限制。
52.对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
53.在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
54.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
55.《硬件配置》
56.图1是可用于实现本公开实施例的模拟设备的硬件配置框图。
57.如图1所示，该模拟设备1000可以包括处理器1100、存储器1200、接口装置1300、通信装置1400、显示装置1500、输入装置1600、扬声器1700、麦克风1800等等。
58.处理器1100用于执行计算机程序，该计算机程序可以采用比如x86、arm、risc、mips、sse等架构的指令集编写。存储器1200例如包括rom(只读存储器)、ram(随机存取存储器)、诸如硬盘的非易失性存储器等。接口装置1300例如包括usb接口、耳机接口等。通信装置1400例如能够进行有线或无线通信，通信装置1400可以包括至少一种短距离通信模块，例如是基于hilink协议、wifi(ieee 802.11协议)、mesh、蓝牙、zigbee、thread、z-wave、nfc、uwb、lifi等短距离无线通信协议进行短距离无线通信的任意模块，通信装置1400也可以包括远程通信模块，例如是进行wlan、gprs、2g/3g/4g/5g远程通信的任意模块。显示装置1500例如是液晶显示屏、触摸显示屏等。输入装置1600例如可以包括触摸屏、键盘等。扬声器1700用于输出音频信号。麦克风1800用于采集音频信号。
59.该模拟设备1000可以是具有计算处理能力的任意类型的电子设备，在此不做限定。示例性地，电子设备可以为手机、平板电脑、笔记本电脑、掌上电脑、车载电子设备、移动上网装置(mobile internet device，mid)、增强现实(augmented reality，ar)/虚拟现实(virtual reality，vr)设备、机器人、可穿戴设备、超级移动个人计算机(ultra-mobile personal computer，umpc)、上网本或者个人数字助理(personal digital assistant，pda)等，还可以为服务器、网络附属存储器(network attached storage，nas)、个人计算机(personal computer，pc)、电视机(television，tv)、柜员机或者自助机等。
60.本领域技术人员应当理解，尽管在图1中示出了模拟设备1000的多个装置，但是，本公开实施例的模拟设备1000可以仅涉及其中的部分装置，例如，只涉及处理器1100和存储器1200。这是本领域公知，此处不再赘述。
61.应用于本实施例中，存储器1200用于存储计算机程序指令，该指令用于控制处理器1100进行操作以执行根据本公开任意实施例的模拟方法。技术人员可以根据本发明所公开方案设计该指令。该指令如何控制处理器1100进行操作，这是本领域公知，故在此不再详细描述。
62.《方法实施例》
63.冷冻电子断层扫描技术，是一种三维成像技术，被广泛用于生物结构学领域。目前，对冷冻电子断层扫描数据进行人工标记与识别往往需要耗费大量的时间，且对人员的专业性有较高要求。因此，学术界已经开始开发高效、准确的计算工具，用于自动/半自动地完成冷冻电子断层扫描数据中大分子的识别、分割与分类等任务。比如，人们利用网络训练
模型对大分子聚集体中的各种蛋白质进行识别，或者，利用网络训练模型对大分子聚集体得到的新型物质进行识别。
64.然而，由于缺乏结构化的标准冷冻电子断层图像数据集和具有完整、准确标签的训练数据，这些基于学习方法的计算机辅助技术的发展受到了严重阻碍。
65.为此，人们提出冷冻电子断层扫描图像模拟方法，以得到大量与真实数据相似的冷冻电子断层扫描数据。大多数冷冻电子断层扫描模拟方法通过对单个细胞或亚细胞结构进行模拟，以获取大量冷冻电子断层扫描数据。但是，这种模拟方法都只关注于没有邻居结构的单个结构模拟，得到的冷冻电子断层扫描数据与实际情况差异较大。为此，人们开始采用基于模拟退火法的方法和基于莱纳琼斯势能的方法对冷冻电子断层扫描图像进行模拟。虽然这两种方法都考虑了大分子聚集体结构，但是这两种模拟方法使用的模型比较简单，和实际情况差异较大，导致得到的冷冻电子断层扫描数据与真实数据差异较大。因此，本公开实施例提出一种冷冻电子断层扫描的模拟图像生成方法，用于得到大量与真实数据相似的冷冻电子断层扫描数据。
66.本公开实施例首先将大分子简化为最小边界球体并随机放置在外力场中。然后，在外力的作用下，将大分子向场景中心移动，该过程称为打包。基于分子动力学的打包模型将计算大分子间的非特异性相互作用和静电相互作用，这些相互作用将影响球体在打包过程中的运动轨迹。当所有的球体聚集到一起，且达到受力平衡状态时，它们的位置将不再改变。此时，本公开实施例将记录每个大分子的坐标，并赋予其一个随机的朝向；然后根据大分子的三维模型，生成打包结果的三维密度图；最后根据成像原理添加噪声和扭曲，生成模拟的冷冻电子断层扫描图像结果。
67.图2是根据一些实施例的冷冻电子断层扫描的模拟图像生成方法的流程示意图。
68.如图2所示，本实施例的冷冻电子断层扫描的模拟图像生成方法可以包括如下步骤s2100～s2600：
69.步骤s2100，获取n个大分子。
70.本实施例中，模拟设备在模拟冷冻电子断层扫描过程之前，需要先获取样品，然后对样品进行拍摄成像。
71.大分子，指相对分子质量在5000以上，甚至超过百万的生物学物质，如蛋白质、核酸、多糖等。它与生命活动关系极为密切，由被认为单体的简单分子单位所组成。在溶液中有形成凝胶的物质。一般把相对分子质量超过一万的化合物称为大分子化合物或高分子化合物。它是由许多重复的结构单元组成，一般具有线状结构，有的具有枝状结构。许多具有重要生物作用的物质，如蛋白质和核酸等均属于这类化合物。
72.在一些示例中，大分子例如可以是蛋白质，也可以是核酸，还可以是多糖，此处不做限定。
73.在一些示例中，n为大于1的整数。此处大分子的数量为大于1的整数，以便于产生真实紧凑且不重叠的大分子聚集体。
74.示例性地，模拟设备随机选取5个不同种类的蛋白质。
75.步骤s2200，针对每个大分子，根据大分子对应的三维结构模型，得到大分子对应的球体。
76.在打包过程中，我们使用最小边界球体表示单个大分子。每个大分子均由成千上
万个原子组成，如果对每个原子的受力均进行计算，所需要的时间难以接受。因此，本实施例中，模拟设备将每个大分子简化为最小边界球体，并将其建模为均匀地充满范德华原子的球体。
77.在一些示例中，大分子对应的三维结构模型包括大分子中包含的所有原子的坐标，以及大分子中包含的所有原子的电荷。
78.大分子对应的球体，即为大分子对应的最小边界球体。
79.示例性地，模拟设备根据每个不同种类的蛋白质对应的三维结构模型，得到5个蛋白质对应的球体。
80.步骤s2200中根据大分子对应的三维结构模型，得到大分子对应的球体，可以进一步包括步骤s2210～s2250：
81.步骤s2210，统计大分子中包含的所有原子的坐标，分别获取坐标在三个轴上的最大值和最小值。
82.本实施例中，模拟设备利用每个大分子中所含原子的坐标，计算得到球体半径和球心，用于得到球体。
83.在一些示例中，三个轴分别为x轴、y轴和z轴。
84.步骤s2220，利用坐标在三个轴上的最大值和最小值，计算得到三个轴对应的中点值。
85.本实施例中，模拟设备利用每个大分子中所含原子的坐标，计算得到球心坐标。
86.最大值表示每个大分子中所有原子在某个坐标轴上的最大坐标对应的值。最小值表示每个大分子中所有原子在某个坐标轴上的最小坐标对应的值。中点值表示每个大分子中所有原子在某个坐标轴上的最小坐标与最大坐标之间的中点对应的值。
87.步骤s2230，根据三个轴对应的中点值，得到大分子对应的球心坐标。
88.本实施例中，模拟设备根据每个轴上的中点值，得到大分子对应的球心坐标。
89.球心是与球面各点距离相等的一点。半圆以它的直径所在的直线为旋转轴，旋转一周所成的曲面叫做球面，球面所围成的几何体叫做球体，简称球，半圆的圆心叫做球心。
90.步骤s2240，利用大分子对应的球心坐标与大分子中包含的所有原子的坐标，计算得到大分子对应的球体半径。
91.本实施例中，模拟设备利用球心坐标和每个大分子中所含原子的坐标，得到球体半径。
92.步骤s2250，根据大分子中包含的所有原子的电荷、大分子对应的球心坐标和大分子对应的球体半径，得到大分子对应的球体。
93.本实施例中，模拟设备利用球心坐标、球体半径和电荷，得到每个大分子对应的最小边界球体。
94.在一些示例中，球体的半径、质量和电荷通过pdb文件计算。pdb是protein data bank的简写，在生物学软件中，一般把蛋白质的三维结构信息用pdb文件保存。
95.示例性地，模拟设备从大分子的pdb文件中提取大分子中的所含全部原子的坐标列表。然后，最小边界球体的球心坐标由所有三个轴上的最小坐标和最大坐标之间的中点表示，其半径由球心与所有原子之间的最大欧几里得距离获得。最后，针对每个大分子，提取其氨基酸序列并计算给定ph值下的净电荷。
96.步骤s2300，将与n个大分子一一对应的n个球体放置于外力场中，计算外力场中每个球体在多个采样时间的运动属性。
97.本实施例中，模拟设备将大分子对应的球体随机放置在充满外力场的场景中，使得这些球体在外力作用下，向着场景中心移动，并计算不同采样时间下每个球体的运动属性，用于判断这些球体是否处于平衡状态。
98.每个大分子对应一个球体，n个大分子即可得到n个球体。
99.外力表示在多个物体组成的系统中，由系统之外的物体对这个系统的作用力称为外力。力场是一种矢量场，其中与每一点相关的矢量均可用一个力来度量。力场看不见，摸不着，但它是物理学中一个很重要的基本观念，常见的力场有引力场、磁力场(简称磁场)、电力场(简称电场)等。其中磁场、电场和引力场被称为“物理中的三大场”。外力场表示外力作用的矢量场。
100.采样时间表示计算每个球体的运动属性的时间。
101.在一些示例中，运动属性例如可以包括球体的速度、加速度和位移中的至少一项。
102.速度在数值上等于物体运动的位移跟发生这段位移所用的时间的比值。物理学中用速度来表示物体运动的快慢和方向。国际单位制中速度的单位是米每秒。
103.加速度是速度变化量与发生这一变化所用时间的比值，是描述物体速度变化快慢的物理量，单位是米/平方秒。加速度是矢量，它的方向是物体速度变化(量)的方向，与合外力的方向相同。
104.位移表示物体(质点)的位置变化。定义为：由初位置到末位置的有向线段。其大小与路径无关，方向由起点指向终点。它是一个有大小和方向的物理量，即矢量。
105.步骤s2300中计算外力场中每个球体在多个采样时间的运动属性，可以进一步包括步骤s2310～s2360：
106.步骤s2310，获取外力场中第一球体在第一采样时间的位置。
107.本实施例中，模拟设备在计算运动属性之前，需要先获取每个大分子对应的球体在外力场中的位置，以便于确定该球体所受的外力。
108.在一些示例中，第一球体例如可以为外力场中所有球体中的任一球体。
109.在一些示例中，第一采样时间例如可以为多个采样时间中的任一采样时间。
110.在一些示例中，位置表示第一球体与外力场中心之间的距离。
111.示例性地，第一球体为蛋白质l对应的球体i，o为外力场中心，第一采样时间为第一球体放置于外力场后的第5秒，则外力场中第一球体在第一采样时间的位置为xi，且第一球体与外力场中心之间的距离为||x
io
||。
112.步骤s2320，根据第一球体在第一采样时间的位置，计算得到第一球体在第一采样时间所受的外力。
113.本实施例中，模拟设备根据每个大分子对应的球体在外力场中的位置，确定该球体所受的外力。
114.示例性地，外力将大分子拉向外力场的中心。对于离中心较近的区域，外力的大小与离中心的距离成正比。对于离中心较远的区域，外力数值是恒定的：
115.116.其中，fi表示第一球体i在第一采样时间所受的外力，||x
io
||表示第一球体i与外力场中心o之间的距离。
117.步骤s2330，根据第一球体与第二球体的位置，以及两种球体的半径，计算得到第一球体在第一采样时间的非键合势能。
118.力场是模拟中最重要的部分，主要包括外力和大分子之间的非键合相互作用力。本实施例中，模拟设备根据每个大分子与其邻近大分子之间的位置关系，以及每个大分子与其邻近大分子对应的球体半径，计算每个大分子受到的非键合势能。
119.在一些示例中，第二球体例如可以为第一球体的邻近球体。当外力场中，第一球体之外的球体，与第一球体之间的距离小于设定阈值时，将该第一球体之外的球体作为第二球体。设定阈值根据具体情况确定，此处不做限定。
120.第二球体的位置表示第二球体与外力场中心之间的距离。
121.非键合势能，用于表示非键相互作用的大小。非键相互作用是物理有机化学学科分子力学模型上的一个概念，非键相互作用是体系总能量当中若干独立的能量项中的一项，是分子力场最重要的一部分。
122.示例性地，非键合势能由非特异性相互作用和静电相互作用两部分组成，其中，非特异性相互作用可以用兰纳-琼斯势表示，包括吸引势与排斥势。吸引势的计算公式如下：
[0123][0124]
其中，a
ij
表示第一球体i与第二球体j之间的吸引势，∈
ij
表示第一球体i与第二球体j之间的绝对最小势能，∈
ij
是一个模型参数，决定了非特异性相互作用的强度。π表示圆周率，ri表示第一球体i的半径，rj表示第二球体j的半径，||x
ij
||表示第一球体i与第二球体j之间的距离，ln(
·
)表示以常数e为底数的对数。
[0125]
排斥势的计算公式如下：
[0126][0127]
其中，b
ij
表示第一球体i与第二球体j之间的排斥势，∈
ij
表示第一球体i与第二球体j之间的绝对最小势能，π表示圆周率，ri表示第一球体i的半径，rj表示第二球体j的半径，||x
ij
||表示第一球体i与第二球体j之间的距离，σ
ij
表示势能为零的距离。σ
ij
是一个模型参数，决定了非特异性相互作用的范围。
[0128]
静电势的计算公式如下：
[0129][0130]
其中，c
ij
表示第一球体i与第二球体j之间的静电势，θi表示第一球体i的净电荷，θj表示第二球体j的净电荷，e表示基本电荷，π表示圆周率，ri表示第一球体i的半径，rj表示第二球体j的半径，||x
ij
||表示第一球体i与第二球体j之间的距离，z0表示自由空间的介电常数，z表示胞元介质介电常数，κ表示胞元环境的德拜筛分长度，exp(
·
)表示以自然常
数e为底的指数函数。z是控制静电相互作用强度的模型参数，κ是控制静电相互作用范围的模型参数。
[0131]
步骤s2340，利用第一球体在第一采样时间所受的外力和非键合势能，计算得到第一球体在第一采样时间的加速度。
[0132]
大分子在力的作用下运动，本实施例中，模拟设备利用每个球体所受的力，计算得到每个球体的加速度。
[0133]
示例性地，对于质量为mi的第一球体，它在第一采样时间t的加速度为：
[0134][0135]
其中，ai(t)表示第一球体i在第一采样时间t的加速度，mi表示第一球体i的质量，fi(t)表示第一球体i在第一采样时间t受到的非键合相互作用力，fi(t)表示第一球体i在第一采样时间t受到的外力，ui(t)表示第一球体i在第一采样时间t受到的非键合势能，力是势能的负梯度，表示梯度。
[0136]
步骤s2350，获取第一球体的初始速度，利用第一球体的初始速度和第一球体在第一采样时间的加速度，计算得到第一球体在第一采样时间的速度。
[0137]
本实施例中，模拟设备利用每个球体的加速度和每个球体在外力场中的初始速度，计算得到每个球体的速度。
[0138]
初始速度，表示对每个球体初始化模拟后得到的速度。
[0139]
步骤s2350中获取第一球体的初始速度，可以进一步包括步骤s2351～s2352：
[0140]
步骤s2351，记录第一球体的第一速度。
[0141]
为了初始化模拟，所有大分子被分配到外力场中不重叠的随机位置，并具有随机速度。本实施例中，模拟设备获取每个球体被放置于外力场瞬间的速度，以便于初始化模拟。
[0142]
在一些示例中，第一速度例如可以为将第一球体放置于外力场时，第一球体的速度。
[0143]
步骤s2352，调整第一球体的第一速度，获取第一球体的初始速度。
[0144]
本实施例中，模拟设备对每个球体的第一速度进行调整，以获取每个球体初始化模拟后的速度。
[0145]
示例性地，调整第一球体的第一速度，使得线性动量为零，第一球体的第一速度调整后的新速度为：
[0146][0147]
其中，v
i2
表示第一球体i的第一速度调整后的新速度，v
i1
表示第一球体i的第一速度，n表示外力场中球体的数量，mi表示第一球体i的质量，mh表示外力场中球体h的质量，v
h1
表示外力场中球体h的第一速度。
[0148]
然后对第一球体的第一速度调整后的新速度进行缩放，使得平均动能等于1.5kbt，其中kb是玻尔兹曼常数，t是模拟温度，得到第一球体的初始速度为：
[0149][0150]
其中，v
i0
表示第一球体i的初始速度，v
i2
表示第一球体i的第一速度调整后的新速度，n表示外力场中球体的数量，kb表示玻尔兹曼常数，t表示模拟温度，mh表示外力场中球体h的质量，v
h1
表示外力场中球体h的第一速度。
[0151]
利用verlet算法计算第一球体在第一采样时间的速度为：
[0152][0153]
其中，vi(t)表示第一球体i在第一采样时间t的速度，v
i0
表示第一球体i的初始速度，ai(t)表示第一球体i在第一采样时间t的加速度，δt表示第一采样时间与初始速度对应时间之间的间隔。
[0154]
步骤s2360，利用第一球体在第一采样时间的速度和加速度，计算得到第一球体在第一采样时间的位移。
[0155]
本实施例中，模拟设备利用每个球体的速度和加速度，计算得到每个球体的位移。
[0156]
示例性地，利用verlet算法计算第一球体在第一采样时间的位移为：
[0157][0158]
其中，si(t)表示第一球体i在第一采样时间t的位移，v
i0
表示第一球体i的初始速度，δt表示第一采样时间与初始速度对应时间之间的间隔，ai(t)表示第一球体i在第一采样时间t的加速度。
[0159]
步骤s2400，根据每个球体在多个采样时间的运动属性，判断n个球体是否处于受力平衡状态。
[0160]
本实施例中，模拟设备通过计算每一采样时间的所有球体的运动属性，来判断所有球体是否达到平衡。
[0161]
受力平衡状态即为所有球体处于平衡的状态。在力学系统里，平衡是指惯性参照系内，物体受到几个力的作用，仍保持静止状态，或匀速直线运动状态，或绕轴匀速转动的状态，叫做物体处于平衡状态，简称物体的“平衡”。
[0162]
在一些示例中，当某一采样时间的所有球体的位移之和小于设定阈值时，我们认为球体达到平衡状态。当模拟达到平衡时，或者当迭代次数达到用户定义的阈值时，模拟停止。
[0163]
步骤s2400根据每个球体在多个采样时间的运动属性，判断n个球体是否处于受力平衡状态，可以进一步包括步骤s2410～s2420：
[0164]
步骤s2410，计算n个球体在每一采样时间对应的位移之和。
[0165]
本实施例中，模拟设备计算某一采样时间的每一球体的位移，然后计算所有球体的位移之和，以判断所有球体是否达到平衡。
[0166]
位移之和，即为每一采样时间的所有球体的位移之和。
[0167]
步骤s2420，当位移之和小于设定阈值的情况下，判断n个球体处于受力平衡状态。
[0168]
本实施例中，模拟设备通过比较某一采样时间的所有球体的位移之和与设定阈值之间的大小，来判断所有球体是否达到平衡。
[0169]
设定阈值根据具体情况确定，此处不做限定。
[0170]
步骤s2500，在n个球体处于受力平衡状态的情况下，将每个球体替换为所对应的大分子，得到大分子聚集体。
[0171]
本实施例中，模拟设备在确定所有球体达到平衡后，即将各个球体替换为各大分子的三维模型，进而得到扫描样品。
[0172]
大分子聚集体，表示所有大分子聚集在一起，且达到受力平衡状态，此时这些大分子的位置将不再改变。
[0173]
当n个球体处于受力平衡状态的情况下，将每个球体替换为每个球体对应的大分子的三维模型，从而得到大分子聚集体，该大分子聚集体即模拟实际冷冻电子断层扫描中的细胞样品。
[0174]
当n个球体未处于受力平衡状态的情况下，则继续计算每个球体在多个采样时间的运动属性。
[0175]
步骤s2600，根据对应冷冻电子断层扫描的配置信息，对大分子聚集体进行多个角度的投影拍摄，并根据拍摄得到的多个二维图像对大分子聚集体进行三维重建，得到大分子聚集体的三维冷冻电子断层扫描模拟图像。
[0176]
本实施例中，模拟设备通过模拟实际冷冻电子断层扫描过程，对大分子聚集体进行图像拍摄，得到大分子聚集体的三维冷冻电子断层扫描模拟图像。
[0177]
冷冻电子断层扫描(cryo-et)是一种无标记的冷冻成像技术，能以纳米分辨率提供细胞器和蛋白质复合物的3d数据集。这是通过对低温冷冻(玻璃化)细胞进行聚焦离子束(fib)减薄，然后打开进入细胞的窗口来完成的。对减薄的细胞样本(冷冻薄片)拍摄一系列2d图像，然后将其重建为3d数据集。
[0178]
配置信息表示冷冻电子断层扫描过程中，有关图像拍摄的信息。例如，图像拍摄角度，图像拍摄的噪声水平等，此处不做限定。
[0179]
投影拍摄即为将大分子聚集体投射到平面上进行拍摄。投影指的是用一组光线将物体的形状投射到一个平面上去，称为“投影”。在该平面上得到的图像，也称为“投影”。投影可分为正投影和斜投影。正投影即是投射线的中心线垂直于投影的平面，其投射中心线不垂直于投射平面的称为斜投影。
[0180]
二维图像是指不包含深度信息的平面图像。二维即左右、上下四个方向，不存在前后。在一张纸上的内容就可以看做成是二维。即只有面积，没有体积。
[0181]
三维重建是指对三维物体建立适合计算机表示和处理的数学模型，是在计算机环境下对其进行处理、操作和分析其性质的基础，也是在计算机中建立表达客观世界的虚拟现实的关键技术。在计算机视觉中，三维重建是指根据单视图或者多视图的图像重建三维信息的过程。由于单视图的信息不完全，因此三维重建需要利用经验知识。而多视图的三维重建(类似人的双目定位)相对比较容易，其方法是先对摄像机进行标定，即计算出摄像机的图象坐标系与世界坐标系的关系。然后利用多个二维图象中的信息重建出三维信息。
[0182]
示例性地，打包过程完成后，模拟设备可以得到一个模拟结果的属性列表，包含外力场中每个大分子的id与每个大分子对应的球体的球心坐标。然后，模拟设备赋予每个大分子一个随机的方向，采用zyz欧拉角表示。密度图是一个根据不同大分子的pdb文件生成的三维矩阵，其元素值与相应位置的原子密度正相关。根据模拟结果的属性列表，在对应位
置放置对应大分子的密度图，并旋转指定角度，合成整个大分子聚集体的密度图。
[0183]
为了生成接近真实的冷冻电子断层扫描模拟图像，模拟设备应该考虑噪声和由于边缘缺失效应而导致的失真。模拟设备采用与冷冻电子显微镜同样的成像原理，对模拟的密度图进行投影图像拍摄与三维重建。模拟设备将倾斜角度范围限制为
±
60度，步进增量为2度，来模拟2d投影图像所缺失的楔形效果。使用信噪比(snr)描述模拟结果的噪声水平：
[0184][0185]
其中，表示信号的方差，表示噪声的方差，snr表示信噪比。
[0186]
最后利用反投影三维重建算法，通过一系列有倾角的、包含噪声与失真的二维显微投影图像，获得模拟的三维冷冻电子断层扫描图像。
[0187]
首先，将5个大分子建模为具有不同半径和电荷的单个球体，在打包过程中，模拟设备使用最小边界球体表示单个大分子。首先将选定的大分子最小边界球体随机放置在外力场中，并对速度进行初始化。然后，让这些球体在外力的作用下向外力场中心聚集。在此过程中，模拟设备会计算不同球体所代表的大分子间的非特异性作用力和静电力来调节运动轨迹。当所有的球体达到平衡时，它们的位置将不再改变，形成大分子聚集体。最后，模拟设备用具有随机朝向的大分子的三维密度图替换外力场中的球体，得到模拟的大分子聚集体的三维密度图。添加噪声与失真后，可以得到具有不同信噪比的模拟结果。
[0188]
根据本公开实施例的冷冻电子断层扫描的模拟图像生成方法，基于分子动力学对大分子进行打包，从而产生真实紧凑且不重叠的大分子聚集体，然后模拟实际的冷冻电子断层扫描过程，对大分子聚集体进行图像拍摄，生成大分子聚集体的三维冷冻电子断层扫描模拟图像。与现有的冷冻电子断层扫描的模拟图像生成方法相比，本公开实施例的方法得到的冷冻电子断层扫描模拟数据与真实数据差异较小。同时，本公开实施例的方法为冷冻电子断层扫描分析方法的研发提供大量有完整标签的高真实感数据。而且本公开实施例的方法基于分子动力学进行模拟，其结果符合物理约束，能够形成具有足够拥挤程度且不存在重叠的大分子聚集体的冷冻电子断层扫描图像。
[0189]
图3是根据一些实施例的冷冻电子断层扫描的模拟图像生成方法效果示意图。
[0190]
如图3所示，分别使用本公开实施例的方法(a)、基于模拟退火法的方法(b)、和基于莱纳琼斯势能的方法(c)进行模拟。图3显示了本公开实施例的方法、基于模拟退火法的方法和基于莱纳琼斯势能的方法对打包结果的三维可视化。在本公开实施例的打包结果中，大分子被紧密地打包而没有重叠，基于模拟退火法的方法打包结果过于分散，基于莱纳琼斯势能的方法打包结果出现重叠。
[0191]
《设备实施例》
[0192]
图4是根据一些实施例的冷冻电子断层扫描的模拟图像生成设备的方框原理图。
[0193]
如图4所示，该模拟设备4000可以包括大分子获取模块4100、球体获取模块4200、运动属性计算模块4300、平衡状态判断模块4400、大分子聚集体获取模块4500和图像生成模块4600。
[0194]
大分子获取模块4100，用于获取n个大分子；其中，n为大于1的整数。
[0195]
球体获取模块4200，用于针对每个大分子，根据大分子对应的三维结构模型，得到
大分子对应的球体。
[0196]
运动属性计算模块4300，用于将与n个大分子一一对应的n个球体放置于外力场中，计算外力场中每个球体在多个采样时间的运动属性；其中，运动属性包括球体的速度、加速度和位移中的至少一项。
[0197]
平衡状态判断模块4400，用于根据每个球体在多个采样时间的运动属性，判断n个球体是否处于受力平衡状态。
[0198]
大分子聚集体获取模块4500，用于在n个球体处于受力平衡状态的情况下，将每个球体替换为所对应的大分子，得到大分子聚集体。
[0199]
图像生成模块4600，用于根据对应冷冻电子断层扫描的配置信息，对大分子聚集体进行多个角度的投影拍摄，并根据拍摄得到的多个二维图像对大分子聚集体进行三维重建，得到大分子聚集体的三维冷冻电子断层扫描模拟图像。
[0200]
在一些实施例中，球体获取模块4200中大分子对应的三维结构模型包括大分子中包含的所有原子的坐标，以及大分子中包含的所有原子的电荷。
[0201]
在一些实施例中，球体获取模块4200中根据大分子对应的三维结构模型，得到大分子对应的球体，具体用于：统计大分子中包含的所有原子的坐标，分别获取坐标在三个轴上的最大值和最小值；其中，三个轴分别为x轴、y轴和z轴；利用坐标在三个轴上的最大值和最小值，计算得到三个轴对应的中点值；根据三个轴对应的中点值，得到大分子对应的球心坐标；利用大分子对应的球心坐标与大分子中包含的所有原子的坐标，计算得到大分子对应的球体半径；根据大分子中包含的所有原子的电荷、大分子对应的球心坐标和大分子对应的球体半径，构建大分子对应的球体。
[0202]
在一些实施例中，运动属性计算模块4300中计算外力场中每个球体在多个采样时间的运动属性，包括位置获取模块、外力计算模块、非键合势能计算模块、加速度计算模块、速度计算模块和位移计算模块：
[0203]
位置获取模块，用于获取外力场中第一球体在第一采样时间的位置；其中，位置表示第一球体与外力场中心之间的距离，第一球体为外力场中所有球体中的任一球体，第一采样时间为多个采样时间中的任一采样时间。
[0204]
外力计算模块，用于根据第一球体在第一采样时间的位置，计算得到第一球体在第一采样时间所受的外力。
[0205]
非键合势能计算模块，用于根据第一球体与第二球体的位置，以及两种球体的半径，计算得到第一球体在第一采样时间的非键合势能；其中，第二球体为第一球体的邻近球体。
[0206]
加速度计算模块，用于利用第一球体在第一采样时间所受的外力和非键合势能，计算得到第一球体在第一采样时间的加速度。
[0207]
速度计算模块，用于获取第一球体的初始速度，利用第一球体的初始速度和第一球体在第一采样时间的加速度，计算得到第一球体在第一采样时间的速度。
[0208]
位移计算模块，用于利用第一球体在第一采样时间的速度和加速度，计算得到第一球体在第一采样时间的位移。
[0209]
在一些实施例中，速度计算模块中获取第一球体的初始速度，包括：记录第一球体的第一速度；其中，第一速度为将第一球体放置于外力场时，第一球体的速度；调整第一球
体的第一速度，获取第一球体的初始速度。
[0210]
在一些实施例中，平衡状态判断模块4400，具体用于：计算n个球体在每一采样时间对应的位移之和；当位移之和小于设定阈值的情况下，判断n个球体处于受力平衡状态。
[0211]
图5是根据一些实施例的冷冻电子断层扫描的模拟图像生成设备的结构示意图。
[0212]
如图5所示，该模拟设备5000包括处理器5100和存储器5200，该存储器5200用于存储可执行的计算机程序，该处理器5100用于根据该计算机程序的控制，执行如以上任意方法实施例的方法。
[0213]
本技术实施例中，还提供一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序在被处理器执行时实现如以上任意方法实施例的方法。
[0214]
本发明可以是系统、方法和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上载有用于使处理器实现本发明的各个方面的计算机可读程序指令。
[0215]
计算机可读存储介质可以是可以保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是――但不限于――电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、静态随机存取存储器(sram)、便携式压缩盘只读存储器(cd-rom)、数字多功能盘(dvd)、记忆棒、软盘、机械编码设备、例如其上存储有指令的打孔卡或凹槽内凸起结构、以及上述的任意合适的组合。这里所使用的计算机可读存储介质不被解释为瞬时信号本身，诸如无线电波或者其他自由传播的电磁波、通过波导或其他传输媒介传播的电磁波(例如，通过光纤电缆的光脉冲)、或者通过电线传输的电信号。
[0216]
这里所描述的计算机可读程序指令可以从计算机可读存储介质下载到各个计算/处理设备，或者通过网络、例如因特网、局域网、广域网和/或无线网下载到外部计算机或外部存储设备。网络可以包括铜传输电缆、光纤传输、无线传输、路由器、防火墙、交换机、网关计算机和/或边缘服务器。每个计算/处理设备中的网络适配卡或者网络接口从网络接收计算机可读程序指令，并转发该计算机可读程序指令，以供存储在各个计算/处理设备中的计算机可读存储介质中。
[0217]
用于执行本发明操作的计算机程序指令可以是汇编指令、指令集架构(isa)指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据、或者以一种或多种编程语言的任意组合编写的源代码或目标代码，所述编程语言包括面向对象的编程语言—诸如smalltalk、c++等，以及常规的过程式编程语言—诸如“c”语言或类似的编程语言。计算机可读程序指令可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络—包括局域网(lan)或广域网(wan)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。在一些实施例中，通过利用计算机可读程序指令的状态信息来个性化定制电子电路，例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列(fpga)或可编程逻辑阵列(pla)，该电子电路可以执行计算机可读程序指令，从而实现本发明的各个方面。
[0218]
这里参照根据本发明实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图和/或框图描述了本发明的各个方面。应当理解，流程图和/或框图的每个方框以及流程图和/或框图中各方框的组合，都可以由计算机可读程序指令实现。
[0219]
这些计算机可读程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理装置的处理器，从而生产出一种机器，使得这些指令在通过计算机或其它可编程数据处理装置的处理器执行时，产生了实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的装置。也可以把这些计算机可读程序指令存储在计算机可读存储介质中，这些指令使得计算机、可编程数据处理装置和/或其他设备以特定方式工作，从而，存储有指令的计算机可读介质则包括一个制造品，其包括实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的各个方面的指令。
[0220]
也可以把计算机可读程序指令加载到计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上，使得在计算机、其它可编程数据处理装置或其它设备上执行一系列操作步骤，以产生计算机实现的过程，从而使得在计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上执行的指令实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作。
[0221]
附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或指令的一部分，所述模块、程序段或指令的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。对于本领域技术人员来说公知的是，通过硬件方式实现、通过软件方式实现以及通过软件和硬件结合的方式实现都是等价的。
[0222]
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。本发明的范围由所附权利要求来限定。

技术特征：
1.一种冷冻电子断层扫描的模拟图像生成方法，其特征在于，包括：获取n个大分子；其中，所述n为大于1的整数；针对每个大分子，根据所述大分子对应的三维结构模型，得到所述大分子对应的球体；将与n个大分子一一对应的n个球体放置于外力场中，计算外力场中每个球体在多个采样时间的运动属性；其中，所述运动属性包括所述球体的速度、加速度和位移中的至少一项；根据所述每个球体在多个采样时间的运动属性，判断所述n个球体是否处于受力平衡状态；在所述n个球体处于受力平衡状态的情况下，将每个球体替换为所对应的大分子，得到大分子聚集体；根据对应冷冻电子断层扫描的配置信息，对所述大分子聚集体进行多个角度的投影拍摄，并根据拍摄得到的多个二维图像对所述大分子聚集体进行三维重建，得到所述大分子聚集体的三维冷冻电子断层扫描模拟图像。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述大分子对应的三维结构模型包括所述大分子中包含的所有原子的坐标，以及所述大分子中包含的所有原子的电荷。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述大分子对应的三维结构模型，得到所述大分子对应的球体，包括：统计所述大分子中包含的所有原子的坐标，分别获取所述坐标在三个轴上的最大值和最小值；其中，所述三个轴分别为x轴、y轴和z轴；利用所述坐标在三个轴上的最大值和最小值，计算得到所述三个轴对应的中点值；根据所述三个轴对应的中点值，得到所述大分子对应的球心坐标；利用所述大分子对应的球心坐标与所述大分子中包含的所有原子的坐标，计算得到所述大分子对应的球体半径；根据所述大分子中包含的所有原子的电荷、所述大分子对应的球心坐标和所述大分子对应的球体半径，得到所述大分子对应的球体。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算外力场中每个球体在多个采样时间的运动属性，包括：获取所述外力场中第一球体在第一采样时间的位置；其中，所述位置表示所述第一球体与所述外力场中心之间的距离，所述第一球体为所述外力场中所有球体中的任一球体，所述第一采样时间为所述多个采样时间中的任一采样时间；根据所述第一球体在第一采样时间的位置，计算得到所述第一球体在第一采样时间所受的外力；根据所述第一球体与第二球体的位置，以及所述两种球体的半径，计算得到所述第一球体在第一采样时间的非键合势能；其中，所述第二球体为所述第一球体的邻近球体；利用所述第一球体在第一采样时间所受的外力和非键合势能，计算得到所述第一球体在第一采样时间的加速度；获取所述第一球体的初始速度，利用所述第一球体的初始速度和所述第一球体在第一采样时间的加速度，计算得到所述第一球体在第一采样时间的速度；利用所述第一球体在第一采样时间的速度和加速度，计算得到所述第一球体在第一采
样时间的位移。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述获取所述第一球体的初始速度，包括：记录所述第一球体的第一速度；其中，所述第一速度为将所述第一球体放置于外力场时，所述第一球体的速度；调整所述第一球体的第一速度，获取所述第一球体的初始速度。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述每个球体在多个采样时间的运动属性，判断所述n个球体是否处于受力平衡状态，包括：计算所述n个球体在每一采样时间对应的位移之和；当所述位移之和小于设定阈值的情况下，判断所述n个球体处于受力平衡状态。7.一种冷冻电子断层扫描的模拟图像生成设备，其特征在于，包括：大分子获取模块，用于获取n个大分子；其中，所述n为大于1的整数；球体获取模块，用于针对每个大分子，根据所述大分子对应的三维结构模型，得到所述大分子对应的球体；运动属性计算模块，用于将与n个大分子一一对应的n个球体放置于外力场中，计算外力场中每个球体在多个采样时间的运动属性；其中，所述运动属性包括所述球体的速度、加速度和位移中的至少一项；平衡状态判断模块，用于根据所述每个球体在多个采样时间的运动属性，判断所述n个球体是否处于受力平衡状态；大分子聚集体获取模块，用于在所述n个球体处于受力平衡状态的情况下，将每个球体替换为所对应的大分子，得到大分子聚集体；图像生成模块，用于根据对应冷冻电子断层扫描的配置信息，对所述大分子聚集体进行多个角度的投影拍摄，并根据拍摄得到的多个二维图像对所述大分子聚集体进行三维重建，得到所述大分子聚集体的三维冷冻电子断层扫描模拟图像。8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述球体获取模块中大分子对应的三维结构模型包括所述大分子中包含的所有原子的坐标，以及所述大分子中包含的所有原子的电荷。9.一种冷冻电子断层扫描的模拟图像生成设备，包括存储器和处理器，所述存储器用于存储计算机程序；所述处理器用于执行所述计算机程序，以实现根据权利要求1-6中任意一项所述的方法。10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储计算机程序，所述计算机程序在被处理器执行时实现根据权利要求1-6中任意一项所述的方法。

技术总结
本公开涉及一种冷冻电子断层扫描的模拟图像生成方法、设备及存储介质，该方法包括：获取N个大分子；针对每个大分子，根据大分子对应的三维结构模型，得到大分子对应的球体；将与N个大分子一一对应的N个球体放置于外力场中，计算外力场中每个球体在多个采样时间的运动属性；根据每个球体在多个采样时间的运动属性，判断N个球体是否处于受力平衡状态；在N个球体处于受力平衡状态的情况下，将每个球体替换为所对应的大分子，得到大分子聚集体；根据对应冷冻电子断层扫描的配置信息，对大分子聚集体进行多个角度的投影拍摄，并根据拍摄得到的多个二维图像对大分子聚集体进行三维重建，得到大分子聚集体的三维冷冻电子断层扫描模拟图像。拟图像。拟图像。


技术研发人员：刘斯诺 汪国平 朱飞 盖孟 李胜
受保护的技术使用者：北京大学
技术研发日：2023.06.15
技术公布日：2023/8/14